NSR2205I14型光刻机对准方式分析

仪 记 录 下 来 ，计 算 出 对 准
记号 的精确坐标位置 。
首先 曝光 台移 动到对
准记号 区域的起始位置 ‰，
此 时信号采集 系统 开始采
集信号 ，接着曝光台开始移
动 ，使得激光光斑在记号区 域 扫描 。当激 光光斑 扫描 到
图 ３ ＬＳＡ 信 号
对准记号上时 ，此时接收器接收到衍射信号 ，信号不断增强 ，并且在
ＮＳＲ２２０５１１４型设备 的 ＦＩＡ光 学系统上 ，首次安装 了相位 板 ，同 射到 晶圆上 ，因此它是属于离轴对准 系统 。
时在 ＦＩＡ侦测记 号时增 加 了相差信 息功 能 ，类似 于相差 显微 １．２．３ ＦＩＡ性 能特点
镜 ，这 种 功 能 主 要 应 用 在 侦 测 高 度 差 较 小 的记 号 上 。
０ 引 言 对 准 系 统 是 光 刻 机 的核 心 部 件 之 一 ，拥 有 更 精 密 的对 准 ，才
能保证更精准 的套刻精度 。ＮＳＲ２２０５１１４设备在对准时主要分 ２ 步 ，首先光 刻板对准 ，即光刻板 上的对 准记号通 过 ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｉｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ，电荷耦合器件 ）图像传 感器与曝光 台上 的基准 记号对准 ，然后 是晶圆对 准 ，即对准系统与曝光台上的基准记号 对 准 后 ，通 过 晶 圆上 的对 准记 号 与 晶 圆对 准 。而 晶圆 对 准 时 可 以 使用 ２套不 同的对准系统做对准 ，这 ２套对准 系统结构不 同 ，原 理不 同，优 缺点各异。 １ Ｎｉｋｏｎ ＮＳＲ２２０５１１４对 准 机 制 １．１ ＬＳＡ对 准 方 式 １．１．１ ＬＳＡ对 准 原 理 ＬＳＡ
１．１．２ ＬｓＡ 的 信 号
处 理 过 程
ＬＳＡ信 号如 图 ３
所 示 。对 准 记 号 引 起 的 衍 射 与 反 射 信 号 通 过 光 电效 应 转 换 成 ＤＣ信号 。产生电 信 号 的位 置 被 定 为
广Ｌ 丁］
记 号间 距ｄ
图 ２ ＬＳＡ 衍射
曝 光 台 的 激 光 干 涉
．．． 。 立塞．＝ 主蝗 毂 蒸鳖 茔 ．．
设置誓理与维伍 ２０１８№６（上）囝
像 的明暗差计算 出对 准位置。ＦＩＡ的光 源为卤素灯 ，其产生 的光 终 ，ＦＩＡ单元计算 出指 标记号与 晶圆对 准记号的 中心 坐标 偏差 。
为 宽 带 光 ，相 干 性 差 ，其 波 长 范 围为 （５３０～８００）ｎｍ。 在 因为 ＦＩＡ的光不 是直 接经过 投影 镜头 而是通 过对 准显 微镜 照
（Ｌａｓｅｒ Ｓｔｅｐ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ，激光步进对 准方式 ）的光源是 Ｈｅ—Ｎｅ 激光器，激光波长为 ６３２．８ ｎｍ。ＬＳＡ对准系统（图 １）通过激光光斑 扫描对准记号 ，最后由接收器接收衍射光 ，因此它属于暗场对准。
图 １ ＬＳＡ对 准 系统 结 构 Ｈｅ—Ｎｅ激光器发出激光光斑 ，最终激光光斑通过对准显微镜 的透镜照射到晶圆上。当光斑照射到图 １所示 的光栅形状 的 ＬＳＡ 记号上时 ，在记号侧壁处 ，将发生衍射 ，衍射光将延原入射光的光 路返 回。ＬｓＡ衍射如 图 ２所示 ，当记号间距 为 ｄ，衍射光角度为 ０， Ｈｅ—Ｎｅ激光器发出的光波波长为 Ａ时 ，根据光栅公式 ｄｓｉｎＯ＝ｎＡ （ｎ－Ｏ，±１，±２… ），最后传感器 只接受 １阶衍射光 ，其 中 ０阶衍射光 被空 间过滤器过滤 。传感器接受光信号后 ，迅速将这些光信号转 换成模拟信号一 电信号 ，模拟信号被传送到信号处理单元后 ， 将转换成数字信号 。这些数字信号最终将用于晶圆对准过程。
位置处达到最强 ，当激光光斑逐渐离开对准记号时，信号开始逐
渐减弱 ，在这个过程中，曝光台的位置一直被激光干涉仪记录着 ，最
终 由信号处理系统分析处理这些信号。
１．１－３ ＬＳＡ性 能 特 点
ＬＳＡ 的对 准 记 号 可 以采 用 凸 出 的对 准 记 号 ，也 可 以采 用 凹
进 去 的 对 准 记 号 ，对 于 凸 出来 的对 准 记 号 ，如果 记 号 出现 形 变 时
ＦＩＡ 的 对 准 记 号 可 以采 用 ，ｙ方 向 分 别 独 立 的 对 准 记 号 ，
ＦＩＡ系统是 由光源 ，一套光 学系统和一套信号处 理单元组 也可 以采用 Ｘ，Ｙ方 向合成在 一起 的对 准记 号 ，但 是采用 ，Ｙ
成 （图 ４）。光源是 卤素灯发 出的白光 ，过滤出所需波长 的光通过 方 向独 立 的对 准记 号 时 ， 方 向对 准 记 号 识 别 完 成 后 ，曝 光 台还
照射到对准记号上产生的衍射光较弱 ，接收器接收到的信息量
少 ，当遇 到干扰信号 时容易发生对准报警 。
１．２ ＦＩＡ对准方式
１．２．１ ＦＩＡ对 准 原 理 ＦＩＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｉｍａｇｅ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）即场像对准方式 。当光照射到
对准记号表 面时 ，ＣＣＤ图形传 感器获取对 准记号 图像 ，利用 图
识别信 记号产生非对准变化的概率更 小。
此外 ＬｓＡ对 于金属层 及对 准记号较 浅时容 易发 生对准报
警 。因为金属层由于表面凹凸不平 ，容易产生干扰信号 ，且 对准
记号也容易发生非对称变化 ，而在对准记号 比较浅时 ，激光光斑
ＮＳＲ２２０５１ １ ４型 光 刻 机 对 准 方 式 分 析
宛 文 峰
（新 型功率半导体 器件 国家重点实验室 ，湖 南株 洲 ４１２００１）
摘 要 ：对准 系统是光刻机 中最精 密复杂的部分 ，ＮＳＲ２２０５１１４Ｅ２型光刻机 的对 准方式 包括 ＬＳＡ和 ＦＩＡ，分析 ＬＳＡ与 ＦＩＡ的对准 方 式原理 ，比较各 自的硬件结构 以及对应功能 。了解这些知识将对设备维护 、降低 对准报错 率 ，提 高套刻精度等有着重要帮助。 关键 词 ：光刻机 ；对准系统 ；对准方式 中图分类号 ：ＴＮ３０５．７ 文献标识码 ：Ｂ ＤＯＩ：１０．１６６２１￣．ｃｎｋｉ．ｉｓｓｎ１００１－０５９９．２０１８．０６．５１